玻璃工廠煙氣SCR脫硝工藝中氨系統(tǒng)設(shè)計(jì)

玻璃工廠煙氣SCR脫硝工藝中氨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)著重論述了氨系統(tǒng)安全性要求及消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)。并從工程實(shí)例出發(fā)更加直觀地展現(xiàn)了SCR工藝氨系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布置方法。為玻璃工廠同類工程提供技術(shù)參考和依據(jù)，提高玻璃企業(yè)的生產(chǎn)安全性和可靠性。

0引言：

當(dāng)前環(huán)保要求異常嚴(yán)格尤其對(duì)于鋼鐵、水泥及玻璃等高污染行業(yè)更是治理的重中之重。在玻璃行業(yè)無(wú)論是新投產(chǎn)的還是原有生產(chǎn)線整改無(wú)一例外都要進(jìn)行煙氣脫硫脫硝。在玻璃煙氣脫硝應(yīng)用為廣泛的脫硝技術(shù)是SCR工藝（選擇性催化還原技術(shù)SelectiveCatalyticReduction）其它脫硝技術(shù)如SNCR工藝（選擇性非催化還原技術(shù)SelectiveNon-CatalyticReduction）以及SNCR/SCR交互脫硝技術(shù)應(yīng)用很少。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示在用的脫硝裝置中采用SCR工藝的設(shè)備總臺(tái)數(shù)占全部脫硝設(shè)備總數(shù)的73.8%煙氣處理量則達(dá)到總排放煙氣量的94.7%。

1 SCR脫硝工藝原理：

SCR化學(xué)反應(yīng)原理就是利用氨氣作為還原劑與煙氣中的NO發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氮x氣和水這一反應(yīng)過(guò)程有溫度條件限制一般為300～380℃而且還要在有催化劑的環(huán)境中進(jìn)行。目前可以為SCR工藝提供還原劑的物質(zhì)主要有液氨、氨水及尿素3種。這3種還原劑各有優(yōu)缺點(diǎn)。

液氨一般純度為99.8%純度高工藝流程簡(jiǎn)單投資及運(yùn)行費(fèi)用低但液氨有毒易燃易爆所以有嚴(yán)格的安全和防火要求受到當(dāng)?shù)卣脖O(jiān)和質(zhì)監(jiān)部門的嚴(yán)格監(jiān)管；氨水一般濃度為20%~30%是氨的水溶液純度低體積大從中提取氨氣需要消耗大量能源費(fèi)用高于液氨工藝流程較復(fù)雜；尿素為安全不受政府部門監(jiān)管但是價(jià)格zuì高工藝系統(tǒng)很繁雜。所以玻璃工廠幾乎均采用液氨為還原劑。

2工藝流程：

玻璃企業(yè)SCR工藝一般由氨的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、氨氣稀釋噴入混合系統(tǒng)、催化反應(yīng)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。玻璃企業(yè)典型SCR工藝系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)氨的使用貫穿整個(gè)工藝流程由于氨具有毒性及火災(zāi)危險(xiǎn)性一直以來(lái)事故多發(fā)相關(guān)案例不勝枚舉給生產(chǎn)企業(yè)造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。

2.1氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng):

氨的物理性質(zhì)：無(wú)色透明液體有刺激性氣味極易溶于水有毒在一定條件下可以燃燒和爆炸泄漏時(shí)很容易被發(fā)現(xiàn)。在國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范GB18218《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識(shí)》重大危險(xiǎn)源判定中SCR工藝中氨的使用臨界量為10t。在國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中氨的火災(zāi)危險(xiǎn)性為乙類其爆炸極限范圍為15.5%～25%遇明火、靜電等能引起爆炸。氨具有較高的體積膨脹系數(shù)超裝的液氨儲(chǔ)罐、氣瓶等極易發(fā)生爆炸。因此在氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工及使用過(guò)程中始終要把安全因素放在*。

氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的功能是把液氨處理成適合SCR工藝系統(tǒng)使用的具有一定壓力范圍的氨氣氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)包括卸車、儲(chǔ)存、蒸發(fā)、緩沖、輸送及事故排放等工藝裝置。SCR工藝系統(tǒng)中的氨用量絕大部分匯集于此是消防安全的重中之重。

2.1.1安全間距:

氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)基本配置：卸車用的氨壓縮機(jī)、液氨儲(chǔ)罐、氨輸送泵、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、液氨稀釋槽、廢水處理系統(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)以及控制室、配電室等。

液氨儲(chǔ)罐的數(shù)量根據(jù)玻璃工廠規(guī)模大小一般采用2～3個(gè)要求其儲(chǔ)存量能滿足7~10天的使用要求。均采用地上臥式儲(chǔ)罐儲(chǔ)罐應(yīng)在同一防火堤內(nèi)成組布置防火堤內(nèi)的有效容積要大于其中大一臺(tái)儲(chǔ)罐的儲(chǔ)量一般防火堤的高度應(yīng)≮1.0m在防火堤相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)設(shè)置進(jìn)出踏步。氨區(qū)應(yīng)設(shè)置足夠高度和覆蓋面積的遮陽(yáng)棚防止夏季日曬對(duì)液氨儲(chǔ)罐溫升造成影響。氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)應(yīng)設(shè)置凈寬和凈高均≮4m的環(huán)形消防車道環(huán)形消防車道至少要有兩處與工廠內(nèi)道路聯(lián)通。同時(shí)在儲(chǔ)罐區(qū)控制室等均應(yīng)配有手提式滅火器等消防器材。目前小規(guī)模的玻璃生產(chǎn)線在前幾年淘汰落后產(chǎn)能的過(guò)程中均已經(jīng)停產(chǎn)國(guó)內(nèi)玻璃生產(chǎn)企業(yè)基本都是規(guī)模以上企業(yè)廠內(nèi)均有兩條以上的浮法生產(chǎn)線其廠內(nèi)液氨罐區(qū)總?cè)萘恳话銥?0～200m3氨區(qū)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類為乙類其內(nèi)建筑物的墻、柱、屋頂?shù)染鶓?yīng)采用不燃性材料氨

區(qū)內(nèi)各部分的防火間距要求見(jiàn)表1。此外在玻璃工廠總圖設(shè)計(jì)之初對(duì)氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)的總圖定位要通盤考慮宜布置在玻璃工廠全年小頻率的上風(fēng)側(cè)。氨區(qū)的擺放要遠(yuǎn)離可能發(fā)

生明火的車間或裝置要有便利的交通條件便于消防車輛進(jìn)出、人員撤離等。

2.1.2工程實(shí)例:

以國(guó)內(nèi)某2×800t/d浮法玻璃生產(chǎn)線為例對(duì)氨區(qū)設(shè)計(jì)布局做具體說(shuō)明其氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)布置見(jiàn)圖2區(qū)域內(nèi)設(shè)備間安全距離、消防道路、罐區(qū)與周邊建筑的防火間距等均應(yīng)滿足表1的要求。

2.2消防噴淋:

消防噴淋系統(tǒng)是氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)安全運(yùn)行的基本保證必須放在安全生產(chǎn)的*消防噴淋系統(tǒng)應(yīng)廣泛覆蓋液氨儲(chǔ)罐區(qū)域、液氨蒸發(fā)緩沖區(qū)域及卸車區(qū)域系統(tǒng)噴淋強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間等按照現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范GB50084《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50219《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。在氨區(qū)控制室應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警裝置及消防控制裝置并能與玻璃工廠消防控制中心通信報(bào)警及控制信號(hào)既能在氨區(qū)控制室控制也能在消防控制中心控制。當(dāng)氨區(qū)檢測(cè)到空氣中氨含量超限或者有火災(zāi)信號(hào)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)立即聲光報(bào)警并連鎖啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)。另外還應(yīng)在安全位置設(shè)置手動(dòng)操作裝置。對(duì)于較大型的氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)消防噴淋系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)設(shè)置每區(qū)單獨(dú)設(shè)置雨淋閥組控制更加靈活同時(shí)也避免水資源浪費(fèi)。對(duì)于北方地區(qū)的企業(yè)地上消防管道和位于凍土層內(nèi)的管道均應(yīng)采取防凍措施一般可以采用電伴熱或者管道伴熱裝置。

在本例中氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)內(nèi)設(shè)水噴霧滅火系統(tǒng)本系統(tǒng)兼有吸收泄漏到空氣中的氨氣的功能。防護(hù)區(qū)劃分：液氨儲(chǔ)罐縱向分為一個(gè)區(qū)液氨蒸發(fā)及緩沖區(qū)為一個(gè)區(qū)，共兩個(gè)防護(hù)區(qū)。水噴霧系統(tǒng)啟動(dòng)控制分為自動(dòng)控制啟動(dòng)、手動(dòng)遠(yuǎn)控啟動(dòng)和應(yīng)急啟動(dòng)三種方式。滅火器配置：液氨蒸發(fā)區(qū)及罐區(qū)采用手提式磷酸銨鹽干粉滅火器；在電控室設(shè)置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器及二氧化碳滅火器滅火器設(shè)置在室外時(shí)應(yīng)有相應(yīng)的保護(hù)措施。本例的SCR液氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)消防平面布置見(jiàn)圖3水噴霧消防系統(tǒng)見(jiàn)圖4。

此外液氨儲(chǔ)罐還應(yīng)設(shè)計(jì)夏季冷卻噴淋管路在南方地區(qū)尤為重要夏季高溫液氨儲(chǔ)罐極易超溫超壓引起安全閥動(dòng)作導(dǎo)致氨氣濃度報(bào)警裝置報(bào)警連鎖消防噴淋系統(tǒng)動(dòng)作。所以對(duì)液氨儲(chǔ)罐應(yīng)配置冷卻降溫系統(tǒng)使其與設(shè)置于液氨儲(chǔ)罐上的溫度變送器及壓力變送器連鎖當(dāng)溫度或壓力超限即引發(fā)聲光報(bào)警連鎖啟動(dòng)噴水降溫電磁閥開(kāi)啟對(duì)儲(chǔ)罐降溫冷卻。一般的報(bào)警溫度設(shè)置為40℃報(bào)警壓力設(shè)置為1.45MPa此外還應(yīng)在安全位置設(shè)置手動(dòng)操作裝置。

液氨稀釋槽中的排水及消防系統(tǒng)排水嚴(yán)禁直接排放到廠區(qū)排水系統(tǒng)應(yīng)全部排放至廢水收集池經(jīng)處理合格后方可排入廠內(nèi)排水系統(tǒng)。

2.3氮?dú)庵脫Q:

氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)內(nèi)所有的容器及管道均應(yīng)設(shè)置氮?dú)庵脫Q接口在設(shè)備投用前、設(shè)備檢修、設(shè)備倒班及卸車等過(guò)程中必須采用氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)殘留的氨置換出來(lái)保證人員及設(shè)備安全。氨區(qū)日常情況下應(yīng)儲(chǔ)備足夠量的氮?dú)馄拷M放置在安全區(qū)域并應(yīng)每周檢查瓶組壓力發(fā)現(xiàn)壓力不足的應(yīng)及時(shí)更換。氮?dú)庵脫Q應(yīng)保證設(shè)備中氨氣與空氣混合物低于其爆炸極限一般應(yīng)低于5%為合格。

2.4連鎖報(bào)警：

氨儲(chǔ)罐區(qū)及氨蒸發(fā)緩沖區(qū)均應(yīng)設(shè)置氨氣泄漏報(bào)警器在控制室及電子設(shè)備間設(shè)置煙感探頭其布置應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB50116《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。報(bào)警裝置是消防安全系統(tǒng)至關(guān)重要的一環(huán)玻璃企業(yè)應(yīng)采購(gòu)質(zhì)量好、精度高的企業(yè)產(chǎn)品并應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。該系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)安全及消防部門批準(zhǔn)并通過(guò)檢驗(yàn)驗(yàn)收合格。

氨氣泄漏檢測(cè)器應(yīng)設(shè)置在氨區(qū)遮陽(yáng)棚下方按其監(jiān)測(cè)半徑設(shè)置點(diǎn)位。一般要求當(dāng)空氣中氨氣濃度達(dá)到100×10-6時(shí)應(yīng)能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)連鎖打開(kāi)消防噴淋系統(tǒng)。在本例中為保證安全并及時(shí)發(fā)現(xiàn)氨泄漏在氨區(qū)內(nèi)5個(gè)點(diǎn)設(shè)置了氨氣泄漏檢測(cè)器其氨區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置見(jiàn)圖5。

3氨逃逸的防范與監(jiān)測(cè)：

來(lái)自氨儲(chǔ)運(yùn)區(qū)的氨氣經(jīng)廠區(qū)管網(wǎng)輸配至氨氣稀釋裝置與稀釋風(fēng)機(jī)送風(fēng)混合至一定濃度的氨氣后經(jīng)煙道內(nèi)噴嘴噴入煙氣中進(jìn)入混合裝置與煙氣充分混合隨即進(jìn)入催化反應(yīng)器參加脫硝反應(yīng)。為了達(dá)到較好的脫硝效果要滿足兩方面要求一是催化劑要有足夠的活性二是要提供足夠量的還原劑參加反應(yīng)。所以系統(tǒng)總會(huì)有過(guò)量的氨氣沒(méi)有參加反應(yīng)而隨煙氣排出這種現(xiàn)象稱之為氨逃逸。氨逃逸會(huì)引發(fā)諸多不利因素會(huì)導(dǎo)致下游煙道及設(shè)備結(jié)垢堵塞且極難清理還會(huì)污染大氣腐蝕下游設(shè)備等。當(dāng)催化劑的活性降低時(shí)就需要噴入更多的氨氣參加反應(yīng)導(dǎo)致氨逃逸量增加應(yīng)通過(guò)檢測(cè)氨逃逸量大小來(lái)判定催化劑的再生時(shí)間及時(shí)更換新的催化反應(yīng)器，保證較低的氨逃逸率一般要求氨逃逸率控制在（2~4）×10-6范圍內(nèi)。

目前對(duì)于氨逃逸率的檢測(cè)除了常用的激光氣體分析儀外還有一種有效的方法稱為抽取法其原理是采用高溫抽氣裝置從脫硝后煙道中抽取一定容量的煙氣讓煙氣與水充分接觸吸收后再測(cè)量出水溶液中的銨離子濃度氨逃逸的實(shí)際值可通過(guò)此濃度換算求出。此方法不受煙道內(nèi)粉塵、溫度、壓力波動(dòng)的影響準(zhǔn)確度較高。

4結(jié)語(yǔ)：

除了上述內(nèi)容在氨氣的稀釋裝置氨氣噴入裝置及氨氣與煙氣混合裝置等方面也應(yīng)采取足夠的安全措施保持足夠的安全間距嚴(yán)禁煙火。尤其是氨管道與其他管道共架敷設(shè)時(shí)要保證足夠的安全距離氨系統(tǒng)的閥門及儀表等也應(yīng)采用氨產(chǎn)品。另外從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮當(dāng)玻璃企業(yè)采用氨分解制氫工藝時(shí)氫站應(yīng)與SCR系統(tǒng)共用氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)可以節(jié)省占地面積減少安全隱患。